Муфты приводов.
1. Общие сведения. • Муфтой называют устройство, предназначенное для соединения валов и передачи крутящего момента без изменения его величины и направления. • В зависимости от конструкции муфты, кроме соединительных, могут выполнять и другие функции: • 1. Предохранение от перегрузок (предохранительные муфты) • 2. Включение и выключение исполнительного механизма без остановки двигателя (сцепные муфты) • 3. Уменьшение динамичности (ударности) нагрузок (упругие муфты) • 4. Компенсация погрешности установки валов (компенсирующие муфты) • 5. Самоуправление по некоторым параметрам движения (крутящий момент, направление вращения, скорость вращения) (автоматические муфты)
• Все муфты в той или иной степени обладают компенсирующей способностью, так как вследствие неточности монтажа оси валов не совпадают. • Виды смещений соединяемых валов δa по чертежу δr γ фактически осевое смещение радиальное смещение угловое смещение Муфта будет работоспособной, если смещения валов не превышают предельных значений, зависящих от конструкции муфты. Неточность расположения валов вызывает дополнительные радиальные нагрузки со стороны муфты на вал.
• Полумуфты обычно устанавливают на цилиндрические или конические концы валов по переходным посадкам.
Методика выбора стандартных муфт. Расчетный крутящий момент • Муфты являются стандартными узлами и на практике подбираются по меньшему диаметру соединяемых валов • и проверяются по расчетному крутящему моменту, который равняется: Тp=k. T • где k - коэффициент режима работы, зависит от вида нагрузки (постоянная, переменная) в приводе ленточного конвейера в приводе цепного конвейера Т – номинальный передаваемый муфтой крутящий момент Муфта работоспособна, если допускаемый муфтой крутящий момент (в справочнике) Данную муфту можно собрать, если диаметры соединяемых валов различаются не более, чем на 20%. 0, 8 d 1≤d 2≤ 1, 2 d 1
Классификация муфт Муфты приводов неуправляемые (постоянного сцепления) некомпенсирующие (глухие) компенсирующие жесткие упругие с металлическими упругими элементами с неметаллическими упругими элементами управляемые (сцепные) зацеплением самоуправляемые (автоматические) предохранительные зубчатые центробежные кулачковые обгонные трением фрикционные
2. Неуправляемые муфты ( постоянного сцепления). • 2. 1. Некомпенсирующие (глухие) муфты. • Такие муфты требуют особо точной установки валов. Их применяют лишь в некоторых узлах вследствие простоты сборки и изготовления. • 2 вида некомпенсирующих муфт: • втулочные и фланцевые • Расчет муфт сводится к расчету болтовых соединений и шпонок.
втулочная 1 – втулка 2 – соединяемые валы 3 – шпонки фланцевая 1, 2 – полумуфты(фланцы) 3 – соединяемые валы 4 – болты( установлены с зазором или без зазора)
2. 2. Упругие компенсирующие муфты. • Благодаря наличию упругих элементов способны демпфировать (заглушать) колебания и вибрации, а также амортизировать (смягчать) удары и толчки. • Такие муфты устанавливают, как правило, там, где возможны вибрации и ударное включение (например, между электродвигателем и редуктором). • По материалу упругих элементов они делятся на две группы: муфты с неметаллическими упругими элементами (обычно резиновыми) • и муфты с металлическими упругими элементами (пружины, пластины, стержни и т. п. ).
Упругие муфты с неметаллическими упругими элементами • Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП) lп lвт D Tр dп Предельные смещения валов, мм : 1 – втулка (резина) 2 – палец (сталь) 3, 4 – полумуфты Нагрузка на вал со стороны муфты:
Расчет муфты • Критерии работоспособности: • прочность резиновых втулок на смятие, • прочность пальцев на изгиб. Расчет втулок на смятие: число пальцев Расчет пальцев на изгиб: расчетная схема Ft 1 l п
Муфта с резиновой торообразной оболочкой Tр Расчет оболочки на срез Предельные смещения валов, мм :
• Муфта с упругой звездочкой • • • Общий недостаток муфт с резиновым элементом малая нагрузочная способность, малая долговечность, большие габариты, невозможность работы при высоких температурах. Все эти недостатки устранены в муфтах с металлическими упругими элементами.
Упругие муфты с металлическими упругими элементами • Муфта с цилиндрическими пружинами • От ведущей полумуфты крутящий момент передается ведомой полумуфте цилиндрическими винтовыми пружинами
Муфта со стальными стержнями
Муфта со змеевидной пружиной • Муфта состоит из двух полумуфт с зубьями, между которыми заложена ленточная змеевидная пружина прямоугольного сечения. Предельные смещения валов, мм : • Общий недостаток муфт с металлическим элементом • низкая демпфирующая способность • высокая жесткость
2. 3. Жесткие компенсирующие муфты • Компенсацию отклонений в таких муфтах достигают за счет подвижности жестких деталей. • Эти муфты уменьшают дополнительные нагрузки на валы, вызываемые отклонениями от соосности валов. • Наибольшее распространение из группы компенсирующих муфт получили зубчатые
• Зубчатая муфта
3 А 5 В Вид В 4 2 1 R b Tр D А-А σсм h σсм А 1, 2 – полумуфты с внешними зубьями 3 – обоймы с внутренними зубьями 4 – уплотнения 5 – смазочный материал
• При работе муфты, соединяющей несоосные валы, происходит интенсивное скольжение и износ зубьев. • Основной критерий работоспособности муфты – износостойкость зубьев, которая определяется напряжениями смятия. D=m. z – делительный диаметр зубьев полумуфт z – число зубьев, m - модуль h ≈1, 8 m- рабочая высота зуба Предельные смещения валов, мм Нагрузка на вал со стороны муфты:
Муфта шарнирная γ 1 1, 2 – вилки 3 -крестовина 3 γ 2 3 Расчет муфт проводится по напряжениям смятия в шарнирах
Муфта кулачково-дисковая (крестовая) А А 1, 2 – полумуфты 3 – промежуточный диск Предельные смещения валов, мм Расчет муфт проводится на износостойкость рабочих граней.
Муфта цепная • Состоит из двух полумуфт-звездочек и охватывающей их общей цепи Предельные смещения валов, мм
3. Муфты управляемые (сцепные). • Служат для соединения и разъединения валов при работающем двигателе. • По принципу действия делятся на две группы: • Основанные на трении (фрикционные) • Основанные на зацеплении (зубчатые, кулачковые) • Достоинства муфт, основанных на трении: • Плавное включение при любых скоростях вращения. • Предохранительная функция при перегрузках. • Недостатки муфт, основанных на трении: • Малая нагрузочная способность (повышенные габариты). • Низкий к. п. д. и высокий износ.
Фрикционные муфты. • По условиям смазывания муфты бывают масляные и сухие • Масло служит для уменьшения износа, улучшения расцепления рабочих поверхностей и отвода теплоты. • По форме поверхности трения фрикционные муфты делятся на дисковые (а), конусные (б) и цилиндрические (в).
Многодисковая фрикционная муфта • Получила наибольшее распространение
3 1 Q Q 2 5 1, 2 – полумуфты 3 – ведущий диск 4 – ведомый диск 5 – нажимной механизм 4 Tр 3 D 1` 2 D 2`
• Основным критерием работоспособности фрикционных муфт является износостойкость трущихся поверхностей • Условие работоспособности: коэффициент запаса по сцеплению коэффициент трения число пар трения общее число дисков Число дисков ограничивается n ≤ 11 из-за резкого уменьшения сил прижатия средних дисков. Давление в контакте дисков, определяющее предельную силу прижатия дисков:
Сцепные муфты, основанные на принципе зацепления. • Достоинство – большие передаваемые моменты. • Недостаток – невозможность включения на ходу (нужны специальные устройства - синхронизаторы). • Зубчатая муфта • Такая муфта устроена так же, как компенсирующая. Отличие в том, что ведомое зубчатое колесо (ведомая полумуфта) имеет возможность перемещаться на валу, соответственно входя и выходя из зацепления
Кулачковые муфты B b вкл выкл h Tр D 0 Прямоугольный профиль кулачка (а) B Ft Трапецеидальный профиль кулачка (б) B Ft α δ Fa α =2 -50
• • Достоинства профиля а – простота конструкции Недостатки: Требуют точного взаимного положения полумуфт в момент включения. Из-за зазора δ возникают удары при изменении направления вращения. • Достоинства профиля б: • • Не требуется точного взаимного положения полумуфт Отсутствуют боковые зазоры. • Недостаток • наличие осевых сил (раздвигают полумуфты и затрудняют включение). • Критерий работоспособности – износостойкость кулачков. МПа число кулачков
4. Самоуправляемые (автоматические) муфты. • Самоуправляемые муфты предназначены для автоматического включения и выключения валов при изменении заданного режима работы машины. • Самоуправляемые муфты бывают: • по крутящему моменту – предохранительные • по угловой скорости - центробежные, • по направлению вращения - обгонные
4. 1. Предохранительные муфты • Предохранительные муфты предназначены для предохранения машин от перегрузок. • Способны выключаться при превышении крутящего момента заданных величин. • Такие муфты ставят как можно ближе к месту возникновения перегрузки • Во избежание случайных выключений эти муфты рассчитываются по предельному моменту: • Тпред=1, 25 ∙Тр • По принципу работы предохранительные муфты делятся на пружинно-кулачковые, фрикционные и с разрушающимся элементом.
Муфта со срезным штифтом • Эти муфты просты по конструкции, имеют малые размеры. • Недостатком их является остановка машины для замены штифта. • Применяются в приводах, работающих с редкими перегрузками. 1, 2 – полумуфты 5 4 3, 4 – втулки (сталь HRC 50… 60) 3 D 2 5 – штифт (сталь 45) 1 Tр Условие срабатывания d шт z - число штифтов (1, 2) - предел прочности на срез (сталь 45: τв=400 МПа) – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между штифтами
Предохранительная шариковая муфта 3 4 1 2 Tр 1, 2 – полумуфты D 3 – пружина 4 – шарик Ft α α Fa При - выключена При - включена
Предохранительная фрикционная муфта • Конструкция этих муфт аналогична конструкции сцепных фрикционных муфт. • Сила нажатия в них создается пружинами, отрегулированными на передачу предельного вращающего момента. • Пружины периодически регулируют, так как по мере износа поверхностей трения диски сближаются, уменьшая силу сжатия пружин.
Центробежные муфты • Устанавливают в приводах при двигателе с малым пусковым моментом для повышения плавности пуска. • Такие муфты автоматически включаются при достижении ведущим валом заданной частоты вращения. • По устройству центробежные муфты представляют собой фрикционные муфты, у которых механизмом управления служат грузы-колодки, находящиеся под действием центробежных сил. • Передача вращающего момента осуществляется силами трения, величина которых пропорциональна квадрату угловой скорости.
1, 2 – полумуфты 3 – груз с фрикционной накладкой 4 – пружина Схема сил, действующий на груз Fц. б. Ц. м. Условие работоспособности: запас по сцеплению коэффициент трения число грузов Fпр. Fц. б. - центробежная сила давления N сила пружины
Режимы работы центробежной муфты Режим 1– Режим 2– Режим 3– – муфта выключена – муфта пробуксовывает (сил трения недостаточно для передачи Тр ) –муфта включена
Муфта обгонная (свободного хода) • Такие муфты передают крутящий момент в одном направлении. • При изменении направления вращения муфта выключается. 4 5 1, 2 – полумуфты 3 3 – ролик 4 – толкатель 2 5 – пружина 1 При вращении по часовой стрелке ролики заклиниваются между полумуфтами, образуя жесткое сцепление – муфта включена, против часовой стрелки – муфта выключена.
